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塑料齿轮的失效形式

注塑加工制品的刚性小对加工误差不敏感,制定高的加工精度是一种浪费。由于塑料耐温性能差、热传导率非常低,另外和塑料齿轮相同的原因除摩擦生热外还有粘弹性滞后能耗生热,因此无论是超高分子量聚乙烯轴承,还是其他工程塑料轴承都要尽量设计制作的越薄越好,以利于散热和提高承载能力。
 
轮齿折断主要是由于:塑料弹性模量低两齿面的赫兹接触区大,接触应力小,因此一般不出现点蚀。塑料不是弹性体是粘弹性体,在齿面上除了摩擦生热外,还有粘弹性的滞后能耗产生。塑料的热传导性能差、强度随温度的升高而降低、因轮齿刚度小,受载后产生大的变形致使另外一个齿轮轮齿提前进入吻合,轮齿的齿顶刮挖塑料齿轮的接点偏下的齿根部位,产生高温出现裂纹源,随着齿轮的运转,最终导致塑料齿轮的轮齿在接点偏下部位折断。
 
由于塑料热胀冷缩系数是一般金属的10倍左右,因此齿轮的轮齿齿侧间隙要相应大些,以防热胀卡死。由于塑料的刚性差,受载后易于变形。因此为了提高承载能力轮齿的齿宽可比金属齿轮相应宽些,另外塑料硬度、刚度低易于变形因此加工精度不能制定的太高,这是由于:制定太高在加工商达不到,因塑料不能磨削机械加工。
 
键槽开裂是由于塑料承载能力低,键槽根部应力集中严重,根部是直角的键槽最大应力比圆角键槽高出2.7倍。防止轮齿折断的措施方法与防止齿面烧伤措施方法基本相同,因为烧伤是轮齿折断的前奏,烧伤便产生轮齿折断的裂纹源,折断也是因齿面摩擦生热、粘弹性滞后能耗生热以及配对齿轮的齿顶刮挖齿齿根生热以及塑料传热差出现热的聚集而造成的。因此,防止轮齿折断的措施、方法主要是围绕如何减少以上几种热的产生来开展。
 
为了减少齿顶刮挖轮齿齿根生热可通过提高齿轮的轮齿刚度和轮齿齿顶修形解决。为了减少摩擦生热、粘弹性滞后能耗以及在齿面中部出现高热区,在轮齿上沿齿宽方向进行修形。为了提高齿轮的承载能力,要尽量降低塑料齿轮轮齿的温升,在齿轮上开设轴向、径向喷油孔,以利于齿面散热减少齿面烧伤和轮齿折断。
 
低速轻载开式、半开式传动时,主要有磨损、轮齿断裂以及刚度不足等,其中主要是轮齿磨损。对于高速中载荷时一般均是闭式传动此时的失效形式为:齿轮磨损、轮齿折断、键槽开裂和局部烧伤等,其中主要是轮齿折断。钢齿轮的失效形式主要是齿面点蚀,而注塑加工齿轮的失效形式不出现点蚀。
 
为了减少键槽根部的应力可采取把键槽根部的直角结构改为圆角或方角结构。为了防止键槽开裂,可采用钢塑复合结构,这样键槽不开在强度低的塑料上面,而开在强度高的金属上面。除此之外,还可采用两种常见钢塑复合结构,即能防止键槽开裂,又能提高轮齿的刚度,从而提高了齿轮的承载能力。
 
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